MATERIAŁY ELEKTRONICZNE ELECTRONIC MATERIALS ... - ITME

J. Sarnecki
kość użyteczną do przewidywania składu warstw
w codziennej praktyce technologicznej, nie zaś jako
bezwzględnie wyznaczoną stałą. Uwaga ta dotyczy
również współczynników segregacji jonów prazeodymu
k ┴ czy galu Pr k┴ . Wartość współczynnika
Ga
segregacji jonów prazeodymu k ┴ = 0,12 – 0,13 jest
Pr
zawyżona ze wspomnianych wyżej powodów. Dla
procesów wyciągania monokryształów Pr: YAG metodą
Czochralskiego przyjmuje się k Pr
≈ 0,1. Współczynnik
segregacji jonów galu k Ga
obliczony ze składu
wyjściowego i składu warstwy Nd,Yb,Ga:YAG
zamieszczonego w pracy [22] wynosi ~ 0,28.
W danym przypadku wartość współczynnika k ┴ Ga
zawierała się w przedziale 0,31 – 0,44 i zależała
od wyjściowego stężenia Ga 2
O 3
potwierdzając tym
samym wpływ składu wyjściowego na efektywność
wchodzenia jonów galu w sieć YAG, sygnalizowany
w pracy [13].
Rys. 11. Współczynnik segregacji jonu ziemi rzadkiej
w zależności od promienia jonowego
Fig. 11. Segregation co-efficient of a rare earth ion versus
the ionic radius.
4.3. Promień jonowy a współczynnik
segregacji
W przypadku epitaksji warstw YAG domieszkowanych
jonami dysprozu i terbu zasadniczym utrudnieniem
była nieznajomość wartości współczynnika
segregacji tych jonów.
Wyznaczone wyżej wartości współczynnika
segregacji jonów Nd i Pr oraz przedstawione
w pracy [13] wartości dla jonów Lu, Tm i Yb
można powiązać z ich promieniami jonowymi,
a tym samym mówiąc w swobodnym uproszczeniu
z „łatwością” sytuowania się tych jonów w pozycje
dodekaedryczne w sieci granatu itrowo – glinowego.
Wartości współczynników segregacji jonów ziem
rzadkich k RE
w zależności od ich promieni jonowych
przedstawiono na Rys. 11.
Eksperymentalną zależność współczynników
segregacji jonów ziemi rzadkich od ich promieni
jonowych można przedstawić wielomianem trzeciego
stopnia k RE
= A + B 1
r RE
+ B 2
(r RE
) 2 + B 3
(r RE
) 3
gdzie A = 515,82, B 1
= -1356,48, B 2
= 1248,49, B 3
= -376,48. Przebieg dopasowanej krzywej pozwolił
na określenie wartości współczynnika segregacji
jonów terbu k Tb
, dysprozu k Dy
, których wartości nie
były znane, jak również na skorygowanie wartości
współczynnika segregacji jonu tulu k Tm
. Te wartości
współczynników segregacji przyjęto do wyliczenia
składu wyjściowego (zbioru współczynników R i
)
przy epitaksji warstw Dy: YAG, Tb:YAG i Tm:YAG.
Zgodnie z modelem przedstawionym w pracy [14]
Rys. 12. Dyfraktogramy struktur Y 3-x-y
Tm x
Lu y
Al 5-z
Ga z
O 12
/
YAG. Numery odpowiadają składom wyjściowym z rosnącym
stężeniem Tm 2
O 3
(Rys. 13)
Fig. 12. X-ray diffraction patterns of the epitaxial
Y 3-x-y
Tm x
Lu y
Al 5-z
Ga z
O 12
/YAG structures. The numbers
correspond to the melt compositions with an increasing
concentration of Tm 2
O 3
(Fig. 13).
zwiększenie koncentracji jonów Tm 3+ Dy 3+ i Tb 3+
o 1 at. % w warstwie YAG powoduje w przypadku
jonów Tm 3+ zmniejszenie stałej sieci Tm: YAG
o ~5,2 x 10 -4 Å i prowadzi do wzrostu wartości
stałej sieci warstw Dy: YAG o ok. 3 x 10 -4 Å i Tb:
YAG o ~ 6,3 x 10 -4 Å. Informacja ta w powiązaniu
z przyjętymi wartościami współczynników segregacji
umożliwiła określenie zakresu niedopasowania
stałych sieci i dzięki temu określenie składów
wyjściowych, dla których można było oczekiwać
monokrystalicznego wzrostu warstw RE: YAG (RE
= Tm, Dy, Tb). Oczekiwania te mogły potwierdzić
badania XRD.
Rysunek 12 przedstawia dyfraktogramy otrzymanych
epitaksjalnych struktur falowodowych
Y 3-x-y
Tm x
Lu y
Al 5-z
Ga z
O 12
/YAG. Pik dla mniejszej
MATERIAŁY ELEKTRONICZNE (Electronic Materials), T. 40, Nr 4/2012 43